工程陶瓷主要有氧化鋁、氮化硅、化硅、部分穩(wěn)定氧化皓、氮化硼等。陶瓷的性能主要是由它的化學(xué)鍵和晶體結(jié)構(gòu)決定的,如陶瓷具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蝕性,脆性大等特性;顯微結(jié)構(gòu)包括晶體相的分布、晶粒大小和形狀、氣孔的大小和分布、雜質(zhì)、缺陷等對(duì)力學(xué)性能有較大的影響。通過(guò)改進(jìn)燒結(jié)工藝和陶瓷的成分,可以改變陶瓷的顯微結(jié)構(gòu),以改善其性能,主要是提高陶瓷的韌性。
(1)氧化鋁陶瓷氧化鋁陶瓷因其自身燒結(jié)性能***,可用常壓燒結(jié)。氧化鋁陶瓷的硬度高(9THRA)、在溫度高達(dá)1200℃時(shí)仍為80RA,耐磨性***,但脆性大,是***先用來(lái)制作刀具的陶瓷。可以對(duì)鑄鐵、淬硬的鋼、燒結(jié)硬質(zhì)合金進(jìn)行粗車、精車加工。成形工藝采用熱壓燒結(jié),如用等靜壓燒結(jié)工藝,則可提高氧化鋁陶瓷的沖擊韌度、抗彎強(qiáng)度。在氧化鋁陶瓷中添加TCTB2或SC等化合物,可提高陶瓷的沖擊韌度、抗彎強(qiáng)度和耐熱沖擊的能力,擴(kuò)大了刀具的應(yīng)用范圍。
氧化鋁陶瓷具有很***的耐腐蝕性和絕綠性,除用作刀具外,還廣泛用于
拋光機(jī)噴砂用的噴嘴,內(nèi)燃機(jī)火花塞,拔絲模,石油化工用泵的密封環(huán)等。
(2)氮化硅陶瓷氮化硅陶瓷的鍵合能很高,單純高溫難以燒結(jié),故常用反應(yīng)燒結(jié)和熱壓燒結(jié)。反應(yīng)燒結(jié)制品精度高,可制作糟度要求高、形狀復(fù)雜的零件;熱壓燒結(jié)制品致密,強(qiáng)度、硬度高,韌性***。
Sialon是在SN中加入Al2O和Y2O3熱壓燒結(jié)而成的以SN為基的陶瓷。其強(qiáng)度、硬度、韌性等性能都比氮化硅陶瓷***。
氮化硅陶瓷具有很高的抗彎強(qiáng)度、硬度,庫(kù)擦因數(shù)小,有自潤(rùn)滑性,可在無(wú)潤(rùn)滑劑的條件下工作。不僅自身耐磨性***,對(duì)匹配材料的磨損也小,是一種極***良的耐磨材料。耐磨蝕,酎高溫及抗振等性能也良***。
氮化硅陶瓷主要用于刀具、泵的密封環(huán)、高溫軸承、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門、挺柱等。燃?xì)廨啓C(jī)采用氯化硅陶瓷制作葉片,可使工作溫度由1000℃提高到1370℃,則效率提高30%,降低了油耗,減輕了自重,已用于發(fā)電站和無(wú)人駕駛飛機(jī)上。
(3)碳化硅陶瓷碳化硅陶瓷背用反應(yīng)燒結(jié)和熱壓燒結(jié)的成形工藝。與其他陶瓷相比,它的***大特點(diǎn)是高溫強(qiáng)度高,導(dǎo)熱性能***。主要用于火箭尾噴管的噴嘴,澆注金屬的澆口,熱電偶套管,燃?xì)廨啓C(jī)葉片,高溫下的熱交換材料,核燃料的包封材料及磨料等。
(4)部分穩(wěn)定氧化鋯純氧化鋯晶體有三種結(jié)構(gòu)即單斜(M)相、四方(T)相和立方(C)相,純氧化錯(cuò)自高溫冷卻時(shí),晶體結(jié)構(gòu)要發(fā)生變化,其中T→M轉(zhuǎn)變時(shí)有大約5%的體積膨脹,易導(dǎo)致陶瓷開(kāi)裂,為了避免在高溫使用時(shí)發(fā)生 . 這種相變,在純氧化中加入一定量的M0Y2O3,適當(dāng)控制加熱和冷卻條件,使高溫相部分穩(wěn)定,形成誥部分穩(wěn)定氧化錯(cuò)( PartialStabilized Ziconia),簡(jiǎn)稱F2,韌性***。可用于活塞頂、氣門導(dǎo)管等
(5)氮化硼氮化硼晶體是六方晶系,產(chǎn)品有粉狀、棒料和各種制成品如高溫軸承、玻璃模具、潤(rùn)滑劑、脫模劑等。
六方氮化硼當(dāng)有催化劑作用時(shí),在高溫(1500℃－2000℃)、高壓(6－9MPa)條件下,可以轉(zhuǎn)化為立方氮化硼,立方氮化硼的硬度接近金剛石,是很***的磨具材料。
